لماذا تتجمد السخانات القياسية في البرد القارس

فكر في مركز أبحاث في القارة القطبية الجنوبية أو مصنع للغاز الطبيعي في سيبيريا. المعدات-على أعلى مستوى والهندسة شديدة الحذر، إلا أن أنظمة التدفئة تستمر في التعطل عندما تنخفض درجة الحرارة إلى -40 درجة . يمكن لمعظم السخانات تحمل درجات حرارة تصل إلى 800 درجة (1472 درجة فهرنهايت) دون أي مشاكل، وبالتالي فإن تصنيف درجة الحرارة القصوى ليس هو المشكلة عادةً. تكمن المشكلة في القدرة على البدء في البرد، وإدارة التمدد الحراري، وكيفية تصرف المواد عند درجات حرارة منخفضة جدًا.

تتوقع سخانات الخرطوشة القياسية أن تكون درجة حرارة البداية هي درجة حرارة الغرفة. ويكتشف مصمموهم مقدار المساحة اللازمة للتمدد الحراري في درجات حرارة العمل، وليس للانكماش الذي يحدث عندما ينخفض ​​الزئبق إلى -40 درجة . ينكمش الغطاء المعدني أكثر من قلب السيراميك الموجود بداخله، مما قد يترك فجوات تمتلئ بالرطوبة. عند تطبيق الطاقة، تتحول الرطوبة إلى بخار، مما يؤدي إلى كسر عازل أكسيد المغنيسيوم ويسبب دوائر قصيرة. تحل سخانات الخرطوشة ذات درجة الحرارة المنخفضة هذه المشكلة عن طريق اختيار المواد المناسبة والتأكد من قدرتها على التعامل مع نطاق درجة الحرارة الكامل من -40 درجة إلى +800 درجة.


يصبح اختيار مادة الغلاف بمثابة عملية توازن. بالنسبة لمعظم الاستخدامات، يعد الفولاذ المقاوم للصدأ 304 خيارًا رائعًا لأنه لا يصدأ وهو غير مكلف.. 316 ومن ناحية أخرى، يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ L أفضل في مقاومة الكلوريدات والمواد الكيميائية الصناعية، وبالتالي فهو أفضل لظروف المعالجة البحرية أو الكيميائية. تعتبر سبائك Incoloy 800 أو 840 الخيار الأمثل للظروف الأكثر قسوة، بما في ذلك عناصر التسخين التي تتعرض لدرجات الحرارة المبردة والبيئات المسببة للتآكل. فهي مقاومة للأكسدة في درجات حرارة عالية وصعبة في درجات حرارة منخفضة. تحتفظ سبائك النيكل-الحديد-الكروم هذه بصفاتها الميكانيكية حتى عندما ترتفع درجات الحرارة وتنخفض كثيرًا، الأمر الذي قد يؤدي إلى كسر المواد الأخرى.

في الطقس البارد، يعد قطع التيار الكهربائي مكانًا آخر قد تسوء فيه الأمور. عند درجة -20 درجة، يصبح العزل PVC الموجود على أسلاك الرصاص القياسية هشًا وينكسر. تستخدم سخانات خرطوشة الطقس الجيدة - العزل المركب من الألياف الزجاجية والسيليكون الذي يمكنه التعامل مع الاستخدام المستمر عند 250 درجة ويظل مرنًا عند -60 درجة. بدلاً من الإيبوكسيات العادية التي تتفكك عند تجميدها، فإن الانتقال من سلك الرصاص إلى جسم السخان يستخدم مركبات تأصيص مخصصة للدورة الحرارية.

عند اختيار كثافة واط للتطبيقات التي تقل عن الصفر، عليك أن تكون حذرًا للغاية. تعمل السخانات عالية الكثافة- (تصل إلى 63 وات/سم²) بشكل جيد لتسخين قوالب حقن البلاستيك بسرعة، إلا أن المعدات التي سيتم استخدامها في الطقس البارد تعمل بشكل أفضل في كثير من الأحيان مع التصميمات ذات الكثافة المنخفضة-. يؤدي الحمل السطحي الذي يبلغ 12 وات/سم² إلى منع غليان السوائل الهيدروليكية في مكان واحد أو تحلل زيوت التشحيم بسبب الحرارة. الفكرة ليست الحصول على أعلى درجة حرارة؛ إنه توزيع الحرارة بالتساوي بحيث لا تضغط التدرجات الحرارية على المادة.

دليل كامل ونظرة فنية على Cartridge Heaters.jpg إن كيفية تركيب السخان لا تقل أهمية عن النوع الذي تشتريه. يجب أن يكون للثقوب المحفورة مسافة تتراوح بين +0.02 مم إلى +0.05 مم فوق قطر السخان للسماح بالتمدد الحراري دون ترك فجوات هوائية. أي فجوة أكبر من 0.1 مم تعمل كعزل حراري، مما يجعل السخان يعمل بشكل أكثر سخونة مما كان متوقعًا ويسرع من أكسدة سلك المقاومة. من الأسهل صيانة السخانات باستخدام حلقات تحديد المواقع أو التركيبات الملولبة في الأماكن الباردة حيث يصعب إزالتها لاستبدالها.

تختلف استراتيجيات التحكم الحراري كثيرًا عن تلك المستخدمة في المناخات المعتدلة. لا تتمتع منظمات الحرارة ثنائية المعدن الأساسية بالدقة اللازمة للعمليات الحساسة للتغيرات في درجة الحرارة. تعمل مرحلات الحالة الصلبة- مع التبديل المتقاطع الصفري- على تقليل التداخل الكهرومغناطيسي وجعل السخانات تدوم لفترة أطول عن طريق التخلص من الصدمة الحرارية التي تأتي مع دورة الطاقة المفاجئة. عند تسخين معدات المختبرات أو أجزاء الطائرات، حيث يمكن أن يؤدي التغيير بمقدار ±2 درجة إلى تغيير النتائج، فمن المهم استخدام سخانات الخرطوشة المزودة بالمزدوجات الحرارية -المدمجة للحصول على ملفات تعريف دقيقة لدرجة الحرارة.

ينسى الناس عمومًا مواصفات الطول للمناطق غير المدفأة. تحتوي التصميمات القياسية على مناطق باردة تتراوح من 5 إلى 10 ملم في طرف الرصاص لمنع ارتفاع حرارة الجهاز بشكل كبير. في الأماكن التي تكون فيها درجة الحرارة -40 درجة، فإن جعل هذا الجزء غير المسخن أطول بمقدار 25-50 مم يحافظ على درجات حرارة الاتصال أعلى من نقطة الندى، مما يمنع التكثيف من التشكل في العبوات الكهربائية. تستخدم بعض التصميمات امتدادات غمد ذات زاوية قائمة أو أشكال منحنية لتحريك الخيوط بعيدًا عن الأسطح الباردة مع السماح بنقل جيد للحرارة في منطقة العمل.